第4章地质年代与地质构造(简要介绍)

1、 4.1 地质年代地质年代 4.2地质构造地质构造 4.3 地质构造对建设工程稳定性的影响及设防原地质构造对建设工程稳定性的影响及设防原则则 4.4 地质图及其阅读地质图及其阅读第4章 地质年代与地质构造4.1.1 地质年代及确定方法地质年代及确定方法1、地质年代、地质年代 绝对地质年代：绝对地质年代是指组成底壳的岩层从绝对地质年代：绝对地质年代是指组成底壳的岩层从形成到现在有多少形成到现在有多少“年年”。它能说明岩层形成的确切时间，。它能说明岩层形成的确切时间，但不能反映岩层形成的地质过程。但不能反映岩层形成的地质过程。 相对地质年代：指根据岩石的相对新老关系（形成相对地质年代：指根据岩石的

2、相对新老关系（形成的先后顺序）建立起来的时代顺序，只代表时代的相对新的先后顺序）建立起来的时代顺序，只代表时代的相对新老关系，只能表示先后顺序，不包括各个时代延续的长短。老关系，只能表示先后顺序，不包括各个时代延续的长短。 2、地质年代确定方法、地质年代确定方法 1）绝对年龄的确定方法）绝对年龄的确定方法 人们很早就一直在探索测定年龄（绝对年代）的方人们很早就一直在探索测定年龄（绝对年代）的方法，直到放射性元素发现之后，才能找到了令人信服的有法，直到放射性元素发现之后，才能找到了令人信服的有科学依据的测年方法，这就是同位素测年。科学依据的测年方法，这就是同位素测年。放射性同位素（碳元素）衰变规

3、律计算实际形成年代（距今放射性同位素（碳元素）衰变规律计算实际形成年代（距今多少年）；多少年）； 2）相对年代的确定方法）相对年代的确定方法 相对年代的确定就是要判断一些地质事件发生的先相对年代的确定就是要判断一些地质事件发生的先后关系。可根据几个基本原则来判断，地层层序律、生物后关系。可根据几个基本原则来判断，地层层序律、生物层序律及切割穿插定律。层序律及切割穿插定律。 （1）地层层序律 地层是在一定地质时期内所形成的层状岩石。在岩层未发生逆掩断层和倒转的情况下，地层剖面中岩层保持着正常的顺序，先形成的岩层在下，后形成的岩层在上，上覆岩层比下伏岩层为新。这个原理称为“地层层序律” 。 （2）

4、切割定律或穿插关系 对于侵入体之间或侵入体与围岩之间的相对年代（顺序）应使用切割定律或穿插关系。侵入者年代新，被侵入者年代老，切割者年代新，被切割者年代老。 （3）生物层序演化律（生物演化律、古生物比较法） ：生物由低级到高级、简单到复杂繁殖、演化。每个地质年代有相应的生物特点，根据地层中古生物化石结构等特点判断地质年代。如恐龙是古生代侏罗纪时期的生物。地质学的重要发展方向，与考古学相联系；时代越老，所具有的生物类别越少，生物越低级，构造越简单；时代越新，所具有的生物类别越多，生物越高级，构造越复杂。因此，在时代较老的岩石中保存的生物化石相对较低级，构造较简单；而在时代较新的岩石中保存的生物化

5、石相对较高级，构造较复杂。植物化石菊石类化石生物圈演变生物圈演变（1 1）前寒武纪（）前寒武纪（42426 6亿年前）亿年前）38亿年前，海洋中开始有了生命的活动。从出现最原始的原核细胞生物-蓝绿藻。 大约到27亿年前，游离氧在海洋中出现。绿色植物的大量繁殖，更加快了大气和海洋环境的变化，使其有利于高等喜氧生物的发展。海洋里的生物最多的是菌藻植物。前寒武纪晚期生物有了突飞猛进的发展。大陆地壳不断增大。（2）古生代（古生代（ 6 62.52.5亿年前）亿年前）古生代可以再进一步划分为寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪及二叠纪。成经历了约3亿多年时间。这是地球上生物大规模发育的时期，又是生物种

6、属发生的最古老最原始的时期，也是地球历史上生物大量出现的时期，所以用“古生代”一词来概括其时代名称。大陆地壳大幅度增加。古生代早期的生物面貌无脊椎动物古生代中期的生物面貌脊椎动物鱼类古生代晚期的生物面貌（3 3）中生代（）中生代（ 2.52.50.70.7亿年前）亿年前）中生代包括三叠纪、侏罗纪和白垩纪三个时期，三叶虫、腕足、笔石、四射珊瑚等大量无脊椎动物都灭绝，产生了以恐龙为代表的爬行类动物，并繁盛直到衰亡。陆生植物苏铁、银杏、松柏等棵子植物占了统治地位。大陆面积进一步增大，各大陆的雏形已形成。 中生代早期的生物面貌中生代中期的生物面貌（4 4）新生代（）新生代（ 0.7 0.7 0 0亿年

7、前）亿年前）新生代包括第三纪和第四纪，是最新的地质时期。生物发展逐渐接近现代生物特征，所以取名新生代。陆生动物以大量出现哺乳类为特征。植物以被子植物占绝对优势。第三纪之后发生了喜马拉雅造山运动造就了世界上最年轻最雄伟的喜马拉雅山系和美州西海岸的海岸山脉及安底斯山脉等年轻而高大的山脉，形成了现今的海洋和大陆分布格局。 4.2.2 地质年代表地质年代表 有了划分相对年代，绝对年龄的原则，就可以按年有了划分相对年代，绝对年龄的原则，就可以按年代的顺序把地质历史进行系统性编年。按照年代顺序排列，代的顺序把地质历史进行系统性编年。按照年代顺序排列，用来表示地史时期的相对年代和同位素年龄值的表格，称用来表

8、示地史时期的相对年代和同位素年龄值的表格，称为地质年代表。其内容主要包括各个地质年代单位及其开为地质年代表。其内容主要包括各个地质年代单位及其开始和延续的年龄。始和延续的年龄。 （1）地质年代的划分）地质年代的划分 地质学家根据地壳的几次大的构造变动和生物演变地质学家根据地壳的几次大的构造变动和生物演变的阶段性，把地质历史分为宙、代、纪、世称为地质年代的阶段性，把地质历史分为宙、代、纪、世称为地质年代单位。对于特定地质年代内所形成的岩石体，称为时间地单位。对于特定地质年代内所形成的岩石体，称为时间地层单位。时间地层单位包括：宇、界、系、统。层单位。时间地层单位包括：宇、界、系、统。 （2）地质

9、年代表）地质年代表 地质年代表在地质年代表在1756年提出，现代地质年代表在年提出，现代地质年代表在19世世纪发展起来并不断完善和充实。纪发展起来并不断完善和充实。2、地质年代及地层划分： 4.2地质构造 地质构造是指缓慢而长期的地壳运动和发展历史过程中遭受构造运动作用后，使岩石发生变形，产生相对位移后所表现出来的地层形态（岩层或岩体的位置，产状及相互关系），是构造运动在岩石圈中留下的形迹。地质构造的类型有：倾斜构造、褶皱构造、断裂构造、断层构造等。 4.2.1倾斜构造 1、岩层倾斜构造分类 岩层是指由同一岩性组成的，有两个平行或近于平行的界面所限制的层状岩石。 岩层按其产状可分为：水平岩层、

10、倾斜岩层和直立岩层。 1）水平岩层： 2）倾斜岩层 倾斜岩层按倾角的大小又可分为： （1）缓倾岩层，30； （2）陡倾岩层，30 60； （3）陡立岩层，60。 倾斜岩层 3）直立岩层：指岩层倾角85的岩层。直立岩层一般出现在构造强烈的地区。 2、岩层的产状及其测定1）产状要素 岩层的产状是指岩层在地壳中的产出状态，以岩层面的空间方位及其与水平面的关系确定。岩层的走向、倾向、倾角称为岩层产状的三要素。2）产状要素的测量和表示方法 一般在野外用罗盘仪（袖珍经纬仪）来测定岩层产状要素，表示方法有文字和符号两种方法。目前通用的文字表示法有方位角表示、象限角表示法。 4.2.2 褶皱构造 1、褶皱构造

11、 构造运动作用下，岩层受到构造运动作用后，在未丧失连续性的情况下产生的弯曲变形，称为褶皱构造。 褶皱构造及形成 各种褶皱构造 2、褶曲 1）褶曲的基本形式 背斜岩层向上弯曲，核心部位的岩层较老，而外侧岩层较新，称为背斜。其在地面的出露特征是从中心到两侧岩层从老到新对称重复出现。褶皱褶皱“一词表明了原来平坦的岩层，受构造运动力的作用形成褶曲。岩层褶皱后原有的空间位置和形态都已发生改变，但其连续性未受到破坏。构造运动是导致褶皱存在的直接原因。褶皱是岩层因在构造运动的作用下而变形，形成的一系列连续弯曲。岩层的连续完整性末遭到破坏，是岩石塑性变形的表现。倒转倒转背斜背斜平卧平卧褶褶皱皱 向斜岩层向下弯

12、曲，核心部位的岩层较新，而外侧岩层较老，称为向斜。其在地面的出露特征是从中心到两侧岩层从新到老对称重复出现。 背斜和向斜2）褶曲要素 核部泛指褶皱弯曲的核心部位。翼部泛指褶皱核部两侧的岩层。轴面通过褶皱核部，平分褶皱的一个假想面。轴线轴面和包括地面在内的任何平面的交线。枢纽褶皱中同一层面上最大弯曲点的连线。脊线背斜弯曲最低点的连线叫脊线。 槽线向斜弯曲最低点的连线叫槽线。 褶曲要素3）褶曲分类 （1）根据褶曲轴面产状，结合两翼产状特点，可将褶曲分为： 直立对称褶曲：轴面近于直立，两翼倾向相反，倾角近于相等； 倾斜褶曲：轴面倾斜，两翼倾向相反，倾角不等； 倒转褶曲：轴面倾斜，两翼向同一方向倾斜，

13、一翼正常，有一翼地层层序倒转。 平卧褶曲：轴面近于水平，一翼地层正常，两翼岩层产状平缓。 3、褶皱构造对工程建设的影响 褶皱构造对找矿、工程及水利建设有着相当重要的意义。根据褶皱两翼对称重复的规律，在褶皱的一侧发现沉积型矿层时，可预测在另一侧也可能有相应的矿层存在；石油常储存在背斜的核部。除此以外，背斜核部的岩层常常较为破碎，如果水库位于此就易于漏水，工程建设须避开这种构造部位。地下洞室适修筑在背斜核部，不适在向斜核部。4.2.3 断裂构造 1、断裂构造种类 岩体或岩层受力后发受变形，当所受之力超过岩石的强度极限时，岩石连续完整性将遭到破坏，于是形成断裂构造。断裂构造包括节理、劈理和裂隙。 2

14、、节理 指岩层或岩体破裂后形成的一种裂缝。其两侧的岩块沿破裂面无明显位移 。1）按力学性质分类：剪节理、张节理和压性节理。 剪节理 张节理 2）节理对工程建设的影响 观测研究节理时，首先应注意节理的性质、矿化现象、先后次序、空间的相互关系和形成的时代，其次是原地岩石性质，产状和所处的构造部位。对节理调查内容主要集中在： （1）节理成因类型和力学性质。 （2）节理组数、密度、产状。密度一般用条米表示。 （3）节理张开度、长度、节理面壁粗糙度。 （4）节理充填物、充填厚度、含水情况。 （5）节理发育程度分级等。3、劈理 构造应力作用下形成的沿一定方向大致相平行的密集型细微裂面称为劈理。一般发生在变

15、质岩中，并不破坏岩体的完整性。可分为四类： （1）破劈理：岩石中密集的平行排列的破裂面。裂面平直、光滑、机理近于剪节理。 （2）流劈理：由岩石中矿物的定向排列而显现的易于劈开的软弱面，劈理面较光滑。 （3）滑劈理：指有一些微小位移的劈理。 （4）片 理：强烈的变质作用使矿物压扁、拉长并定向排列，重新结晶，由此形成的相互平行、密集排列的薄片状构造形迹称为片理。 4.2.4 断层及活断层 1、断层及几何要素 1）断层 断层是指岩石在构造应力作用下发生断裂，沿断裂面两侧的岩块发生明显的相对位移的构造现象，是节理的进一步发展和扩大。 2）断层的几何要素 （1）断层面：指断层中两侧岩层沿其运动的破裂面。

16、它可以是平面，但往往是曲面，还可以是有一定宽度的断层破碎带。 （2）断层线：断层面与地平面或垂直面的交线，也就是相应的露头线，其分布规律与岩层露头线相同。 （3）断盘：断层两侧相对移动的岩层叫做断盘。当断层面倾斜时，位于断层面上方的叫上盘，位于下方的叫下盘。 （4）断距：指岩层中同一点被断层断开后的位移量，也叫总断距或真断距。总断距的水平分量叫水平断距，垂直分时叫垂直断距。断层：断层：岩层或岩体受力破裂后，两侧岩块沿破裂面发生了明显的位移。断裂构造形成的地貌 断层谷断层谷2、断层的分类 1）根据断层两盘岩块相对移动的性质，可分为： 正断层：上盘相对下降或下盘相对上升的断层。 逆断层：上盘相对上

17、升或下盘相对下降的断层。 平移断层：又称平推、平错，两盘沿断层走向相对移动或水平错动的断层。 3、断层的工程地质勘察 断层可以用各种方法勘察和识别，如果断层出露在悬崖、路堑等露头良好的地方可以直接观测到，若在覆盖地区需运用断层的间接标志来确定，因断层能在构造、地层、地貌地形、水文地质及其它地质现象等方面造成一系列的标志。 1）构造线的不连续构造上的标志 （1）断层常将岩层、岩墙或岩脉错开。岩层露头突然中断或者不同岩性的岩层突然接触； （2）断层附近的岩层常发生强烈的节理化或岩层产状突然改变等等； （3）在断层延伸地带，因发生强烈挤压而使岩石破碎甚至磨成粉末。破碎的角砾再经胶结而形成构造岩，是识

18、别断层存在的重要标志之一。 2）地层上的标志 地层的重复或缺失。 3）断层面上及其两侧岩层的标志 由于断层面两侧岩块的相对运动，往往造成岩层的牵引弯曲，有时断层面上的擦痕、摩擦镜面、滑动槽子等也是帮助判断断层存在的标志。 4）地形地貌、水文地质及植被上的标志 （1）一个又陡又直的悬崖，可能是断层存在的标志。 （2）串珠状的湖泊或洼地，常表明有大断带存在。 （3）泉水的带状分布，尤其是温泉的成排出现，可能有断层存在。 （4）正常延伸的山脊突然错断，正常流径的河流突然产生急转弯。断层两盘相对平移 （5）植物也可作为参考，有时沿断层两侧因岩性不同，而生长截然不同的植物群落，有时则在断层带上生长着特殊

19、的植物。 4、活断层1）活断层及活动方式 活断层是指目前正在活动着的断层，或是近期曾有过活动而不久的将来可能会重新活动的断层。后一种情况也可称为潜在活断层。 2）活断层的特征参数与鉴别标志 活断层的特征参数主要是活断层的长度与断距，它们是在活断层区修建建筑物时地震预报和设防的重要资料。它是根据地震时地表错断的情况来确定的，习惯上以地表断裂带长度和断层最大位移值这两个参数来表征。 活断层是活动在最新地质时期内的断层，因而较之老断层来说，在地质、地貌和水文地质方面的特征更为清楚。人们根据这些特征就可以鉴别它。 （1）地质鉴别标志 地质方面，保留在最新沉积物中的地层错开，是鉴别活断层的最可靠依据。

20、（2）地貌方面鉴别标志 一般地说，活断层的构造地貌格局清晰，其许多方面的标志可作为鉴别依据。 活断层分布地段往往是两种截然不同的地貌单元直线相接的部位，其一侧为断陷区。而另一侧为隆起区。地貌上的突然变化及沉积物厚度的显著差别是活动性断裂存在的重要标志。山脊、山谷、阶地和洪积扇等的错开，也是鉴别走滑型活断层的标志。 （3）水文地质方面 活动断裂带的土石裂隙和孔隙发育，使得岩性透水性和导水性强，常形成脉状含水层，因而当地形地貌条件合适时，沿断裂带泉水成线状分布，植被发育。由于有些老断层的破碎带导水性也较强，泉水也有线状分布的特征，故以此鉴别活断层时需慎重。 3）活断层的研究方法 在有活断层分布的地

21、区建设城市和兴建重要建筑物时，为设防的需要，就要专门对活断层进行工程地质研究。其内容包括:活层断的展布、活动特点和监测、断层破碎带、断层的活动性、断层与地下水、断层与地震、断层与矿产等。如伴有地震活动，则应进行地震危险性研究。 4）活断层对工程建筑物的影响 活断层对工程建筑物的影响表现为两个方面。一方面是由于活断层的地面错动直接损害跨越该断层修建的建筑物；有些活断层错动时附近有伴生的地面变形，则也会影响到邻近的建筑物。另一方面是伴有地震发生的活断层，强烈的地震对较大范围内建筑物的损害。4.3 地质构造对建设工程稳定性的影响及设防原则 地质构造对工程建筑物的稳定有很大影响。由于工程位置选择不当，

22、将工程建筑物设在地质构造不利的部位，就可能引起建筑物的失稳破坏。 4.3.1活断层区土木工程建设的设防原则 1、建筑物场址的选择 建筑物场址的选择一般应避开活动断裂带，尤其是大坝和核电站这类重要的永久性建筑物，失事后果极为严重，更不能在活断层附近选择场地。 2、建筑型式和结构措施 在活断层区的建筑物应采取与之相适宜的建筑型式和结构措施。4.4.2 边坡与地质构造的关系 岩层的产状与岩石路堑边坡坡向间的关系控制着边坡的稳定性。 1）当岩层倾向与边坡坡向一致，而倾角大于或等于边坡坡角时，边坡一般较稳定； 2）当坡角大于岩层倾角时，则岩层因失去支撑而有滑动的趋势； 3）当岩层倾向与坡向相反时，若岩层

23、完整、层间结合好，边坡是稳定的；若岩层内有倾向坡外的节理，层间结合差，岩层倾角又很陡，容易发生倾倒破坏。4.3.3隧道与地质构造的关系 1）穿越水平岩层的隧道，应尽量选择在岩性坚硬、完整的岩层中，如石灰岩、砂岩。在软硬相间的情况下，隧道拱部应尽量设置在硬岩中，设置软岩中有可能发生坍塌； 2）当垂直穿越岩层时，若岩层软硬相间，则由于软岩层间结合差，在软岩部位，隧道拱顶常发生顺层坍方； 3）当隧道轴线顺岩层走向通过时，倾向洞内的一侧岩层易发生顺层坍滑，边墙受偏压。 一般情况下，由于褶曲的轴部岩层弯曲、节理发育、地下水常可渗入，易诱发坍方，因此隧道位置应选在褶曲翼部或横穿褶曲轴。垂直穿越背斜的隧道，

24、其两端的拱顶压力大，中部岩层压力小；隧道横穿向斜时，情况相反。 4.3.4 桥基与地质构造的关系 断层带岩层破碎，常夹有许多断层泥，应尽量避免将工程建筑物直接放在断层上或断层破碎带附近。 对于不活动的断层，墩台必须设在断层上时，应根据具体情况采用相应的处理措施。 铁路选线时,应尽量避开大断裂带，线路不应沿断裂带走向延伸，在条件不允许，而又必须穿过断裂带时，应尽量以大角度或垂直穿过断裂带。4.4 地质图及其阅读 地质图是综合各项地质勘察的成果，将地层、地貌、地质构造用专门的符气等按一定的比例、颜色、线条表示在地形图上的图件。地质图是反应一个地区各种地质条件的图件。 一份完整的地质图应包天地质平面

25、图、地质剖面图和综合柱状图。 4.4.1地质图的种类 地质图的种类繁多，但用于不同的工作目的，绘制和采用的地质图也不同，工程中常用的有以下几种地质图。 （1）普通地质图：普通地质图是表示某地区的地形、地层岩性和地质构造条件的基本图件。 （2）工程地质图：根据不同的工程地质条件、为各种工程专门编制的地质图，它是在相应比例尺的地形图上表示各种工程地质勘察成果的综合图件。 （3）水文地质图：表示一个地区水文地质条件和地下水形成、分布规律的地质图件。 （4）第四纪地质图：根据一个地区的第四系松散沉积物成因、形成的年代、成分、地貌的类型、岩性及分布情况而编制的综合图件。 各类地质图都应包括：图名、图例、比例尺、方向和责任表等。 4.4.2不同